發光二極體驅動電路及其輸入電流限制方法與流程

2023-09-20 14:58:35 2

本發明涉及電技術，特別是涉及一種發光二極體(LED)驅動電路，還涉及一種發光二極體驅動電路的輸入電流限制方法。

背景技術：

目前主流的非隔離式LED恆流驅動電路的框圖如圖1所示，恆流晶片通過控制輸出給LED的驅動電壓的佔空比來控制LED的電流。具體地，恆流晶片通過一個電流檢測引腳來檢測LED的電流，當電流檢測引腳採樣得到的電壓達到恆流晶片內部的基準電壓時(即電流達到設定值)，關閉恆流晶片內部的金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)，使LED得到的電流不再上升。MOSFET從開啟到關閉時間間隔即導通時間Ton。恆流晶片的輸入電壓越低，則Ton越大。

在某些應用場合，由於LED驅動電路的輸入電壓(例如市電或發電機的供電)Vacin不穩定，變化範圍會特別大，例如90-300V。這樣通常在LED驅動電路的輸入電壓範圍220-240V範圍設定的參數，在輸入電壓大幅變動時也會有大幅變動，如恆流晶片的輸入電流Iin在Vacin＝100V時，會增長到Vacin＝230V的2.3倍，造成某些元器件在此惡劣的情況下因溫度劇烈上升而損壞。

技術實現要素：

基於此，有必要提供一種在LED驅動電路的輸入電壓大幅低於通常值時，輸入電流不會升得太高的LED驅動電路。

一種發光二極體驅動電路，包括驅動晶片，所述驅動晶片的電流檢測引腳連接發光二極體，用於進行電流採樣，所述驅動晶片包括PWM模塊和第一開關管，所述PWM模塊的輸出端連接所述第一開關管的控制端，所述PWM模塊根據所述電流檢測引腳採樣得到的電流大小調整輸出端輸出的控制信號的佔空比，從而通過控制所述第一開關管在每個周期內的導通時間來調整所述發光二極體的電流，所述PWM模塊包括限流單元，所述限流單元用於設定所述導通時間的上限值。

在其中一個實施例中，所述限流單元包括：信號發生單元，用於輸出電壓幅值與所述導通時間正相關的導通電壓信號；第一比較器，所述第一比較器的第一輸入端用於輸入所述導通電壓信號，所述第一比較器的第二輸入端用於輸入第一基準電壓信號，當所述導通電壓信號大於所述第一基準電壓信號時，所述第一比較器的輸出端輸出截止信號控制所述第一開關管在當前周期內截止。

在其中一個實施例中，所述限流單元還包括RS觸發器，所述第一比較器的輸出端連接所述RS觸發器的R端，所述RS觸發器的Q端連接所述第一開關管的控制端，所述RS觸發器的Q非端連接所述信號發生單元的輸入端，所述導通電壓信號的電壓隨所述Q非端輸出的低電平信號的時長增加而增大。

在其中一個實施例中，所述信號發生單元包括：第二開關管，所述第二開關管的控制端作為所述信號發生單元的輸入端，所述第二開關管的輸出端接地，所述第二開關管的輸入端連接所述第一比較器的第一輸入端，當所述第二開關管的控制端的電壓大於第二開關管的導通電壓時、所述第二開關管導通；電流源，負極接地，正極連接所述第一比較器的第一輸入端以輸出所述導通電壓信號。

在其中一個實施例中，所述PWM模塊還包括：運算放大器，所述運算放大器的正相輸入端用於輸入第二基準電壓信號，所述運算放大器的反相輸入端連接所述電流檢測引腳；第二比較器，所述第二比較器的正相輸入端連接所述運算放大器的輸出端，所述第二比較器的反相輸入端連接所述電流源的正極；或門，所述或門的第一輸入端連接所述第二比較器的輸出端，所述或門的第二輸入端連接所述第一比較器的輸出端，所述或門的輸出端連接所述RS觸發器的R端。

在其中一個實施例中，所述信號發生單元還包括電容，所述電容的一端連接所述電流源的正極，另一端接地。

在其中一個實施例中，所述第一開關管和第二開關管均為金屬氧化物半導體場效應管。

在其中一個實施例中，所述導通電壓信號為三角波信號。

還有必要提供一種發光二極體驅動電路的輸入電流限制方法。

一種發光二極體驅動電路的輸入電流限制方法，所述發光二極體驅動電路包括驅動晶片，所述驅動晶片的電流檢測引腳連接發光二極體，用於進行電流採樣，所述驅動晶片包括PWM模塊和開關管，所述PWM模塊的輸出端連接所述開關管的控制端，所述PWM模塊根據所述電流檢測引腳採樣得到的電流大小調整輸出端輸出的控制信號的佔空比，從而通過控制所述開關管在每個周期內的導通時間來調整所述發光二極體的電流，所述方法包括：監測所述開關管在當前周期的導通時間，當所述當前周期的導通時間到達預設的時間閾值時，控制所述開關管在當前周期內截止。

在其中一個實施例中，所述監測所述開關管在當前周期的導通時間，當所述當前周期的導通時間到達預設的時間閾值時，控制所述開關管在當前周期內截止的步驟包括：設定基準電壓信號；生成一電壓幅值與所述導通時間正相關的導通電壓信號；比較所述基準電壓信號與所述導通電壓信號，當所述導通電壓信號大於所述基準電壓信號時，所述控制所述開關管在當前周期內截止。

上述LED驅動電路，當導通時間Ton到達限流單元設定的上限值時，輸入電流無法再增大，從而能夠保證LED驅動電路中相應的元器件不會因輸入電流的大幅上升引起的升溫而損壞。

附圖說明

圖1是一種傳統的LED恆流驅動電路的電路框圖；

圖2是一實施例中發光二極體驅動電路的電路原理圖；

圖3是LED驅動電路的輸入電壓大幅低於通常值時，在一個周期內電感L2的電流與導通時間Ton的關係曲線；

圖4是一實施例中PWM模塊的電路圖；

圖5是再一實施例中PWM模塊的電路圖；

圖6是另一實施例中PWM模塊的電路圖；

圖7是LED驅動電路的輸入電壓-輸出電流曲線；

圖8是一實施例中發光二極體驅動電路的輸入電流限制方法的流程圖。

具體實施方式

為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的首選實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語「及/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

圖2是一實施例中發光二極體驅動電路的電路原理圖，包括驅動晶片U1。簡單介紹一下驅動晶片U1驅動LED工作的原理：驅動晶片U1的電流檢測引腳ISEN連接發光二極體，用於進行電流採樣。驅動晶片集成有PWM模塊和第一開關管，PWM模塊的輸出端連接第一開關管的控制端。PWM模塊根據電流檢測引腳ISEN採樣得到的電流大小調整其輸出端輸出的控制信號的佔空比，從而通過控制第一開關管在每個周期內的導通時間Ton來調整發光二極體的電流。

具體地，本實施例中是通過如下方案來實現當LED驅動電路的輸入電壓大幅低於通常值時，對輸入電流的提升的限制：PWM模塊包括限流單元，限流單元用於設定第一開關管在一個周期內的導通時間Ton的上限值。當LED驅動電路的輸入電壓大幅低於通常值時，驅動晶片U1如果要達到恆流的效果，就必須要把佔空比設得很高，則勢必導致LED驅動電路的輸入電流大幅上升。而通過限流單元將導通時間Ton設定一個上限值，就可以保證在輸入電壓大幅低於通常值時，PWM模塊輸出的佔空比是有上限值的，從而當導通時間Ton到達上限值時，輸入電流無法再增大，以保證LED驅動電路中相應的元器件不會因輸入電流的大幅上升引起的升溫而損壞。而LED驅動電路處於正常的輸入電壓環境時，導通時間Ton不會達到該上限值，驅動晶片U1仍與傳統的LED恆流晶片採用同一工作模式，可以保證LED的恆流工作，維持LED的亮度穩定。

參見圖3，橫坐標為時間，縱坐標為圖2中的電感L2的電流，其電流值大小可以反映LED的電流大小。圖3示出了在LED驅動電路的輸入電壓大幅低於通常值時，在一個周期內電感L2的電流與導通時間Ton的關係曲線。導通時間Ton從t0開始增長，由於此時的輸入電壓很低，傳統的恆流晶片會在電感L2的電流達到I2後才會控制MOSFET截止(對應的時間為t2)，以維持LED的電流恆定。而上述驅動晶片U1，在達到Ton的上限值後(圖中的t1-t0)，導通時間Ton不能繼續增加，第一開關管關閉，電感L2的電流在達到I1後就不會繼續增加，因此驅動晶片U1的實際輸出電流將開始下降，從而降低了輸出電流，可以達到降低LED驅動電路的輸入電流的目的。

圖4是一實施例中PWM模塊的電路圖。在該實施例中，限流單元包括信號發生單元110和第一比較器120。

信號發生單元110用於輸出電壓幅值與導通時間Ton正相關的導通電壓信號，即輸出一個電壓信號Von，Von隨本周期的導通時間Ton增加而增大。

第一比較器120的第一輸入端(本實施例中為運算放大器的正相輸入端)用於輸入導通電壓信號，第一比較器的第二輸入端(本實施例中為運算放大器的反相輸入端)用於輸入第一基準電壓信號Tonmax。當導通電壓信號大於第一基準電壓信號Tonmax時，第一比較器120的輸出端輸出截止信號，控制第一開關管M1在當前周期內截止。

參見圖5，在圖5所示實施例中，限流單元還包括RS觸發器130。第一比較器120的輸出端連接RS觸發器130的R端，RS觸發器130的Q端連接第一開關管M1的控制端，RS觸發器130的Q非端連接信號發生單元110的輸入端。在本實施例中，信號發生單元110輸出的導通電壓信號的實時電壓隨Q非端輸出的低電平信號的時長增加而增大，即Q非端從高電平跳變為低電平時，導通電壓信號的電壓值開始升高，Q非端從低電平跳變為高電平後導通電壓信號的電壓值又開始降低。在一個實施例中，導通電壓信號可以為三角波信號。RS觸發器130的S端輸入為RS觸發器的Q端和R端輸出的與運算。

參見圖6，在圖6所示實施例中，信號發生單元110包括第二開關管S1和電流源I1。

第二開關管S1的控制端作為信號發生單元110的輸入端，第二開關管S1的輸出端接地，第二開關管S1的輸入端連接第一比較器120的第一輸入端。當第二開關管S1的控制端的電壓大於其導通電壓時，第二開關管S1導通。電流源I1的負極接地，正極連接第一比較器120的第一輸入端以輸出導通電壓信號Von。

在圖6所示實施例中，PWM模塊還包括運算放大器210、第二比較器220以及或門230。

運算放大器210的正相輸入端用於輸入第二基準電壓信號，運算放大器210的反相輸入端連接電流檢測引腳ISEN。第二比較器220的正相輸入端連接運算放大器210的輸出端，第二比較器220的反相輸入端連接電流源I1的正極。或門230的第一輸入端連接第二比較器220的輸出端，或門230的第二輸入端連接第一比較器120的輸出端，或門的輸出端連接RS觸發器130的R端。第一比較器120和第二比較器220中的任一個的高電平輸出都能夠觸發RS觸發器130使第一開關管M1(圖6中未示)截止。

在圖6所示的實施例中，RS觸發器130的Q端與第一開關管M1之間還接有門極驅動電路，用於將Q端的輸出調整為更適合於驅動第一開關管M1的信號。信號發生單元110還包括電容C1，電容C1的一端連接電流源I1的正極，另一端接地。

在其中一個實施例中，第一開關管M1和第二開關管S1均為N溝道金屬氧化物半導體場效應管。在其他實施例中也可以為P-MOSFET，或者採用N型或P型的三極體。

圖7是LED驅動電路的輸入電壓-輸出電流曲線。其中R1是一種傳統的LED驅動電路的曲線，R2是本發明一實施例中的LED驅動電路的曲線，橫坐標的輸入電壓單位為伏特，縱坐標的100％為工作在恆流模式下的晶片設計電流，通過百分比表示偏離該電流設計值的程度。可以看到在電壓低於170V時，R2的電流開始下降，當輸入電壓為100V時，電流下降到設計值的40％附近(在其他不同參數設計的實施例中，下降點和下降比例不同)。電流降低了，相關元器件(如圖2中的F1、D1、L1、U1等)在低壓時的溫升不會上升，從而提高了整機產品的可靠性。設計時，可以通過估算在多大的輸入電流下，驅動電路的相關元器件會承受不住升溫，來設定第一基準電壓信號的電壓值。

本發明還提供一種發光二極體驅動電路的輸入電流限制方法。即在傳統恆流晶片的基礎上，監測恆流晶片中用於控制LED的電流的開關管在每個周期的導通時間，噹噹前周期的導通時間到達預設的時間閾值時，控制開關管在當前周期內截止。

參見圖8，在一個實施例中發光二極體驅動電路的輸入電流限制方法包括下列步驟：

S810，設定基準電壓信號。

S820，生成一電壓幅值與導通時間正相關的導通電壓信號。

S830，將基準電壓信號與導通電壓信號進行比較，若導通電壓信號大於基準電壓信號，則進入步驟S840。

S840，控制開關管在當前周期內截止。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。